Биологическое воздействие некоторых видов несмертельного оружия

В общих словах, это приложение к нелетальным технологиям — всемирное исследование Национального разведывательного центра (NGIC-1147-101-98) — посвящено некоторым из наиболее часто задаваемых вопросов относительно технологии несмертельного оружия: о физиологических реакциях, наблюдаемых в условиях клинической настройки биофизической связи, и чувствительности персонала к оружию несмертельных эффектов. Эти результаты раскрывают и подтверждают некоторые аспекты развивающихся несмертельных технологий, с которыми, вероятно, придётся иметь дело в будущем, и в которых будут использованы такие несмертельные исполнительные механизмы, как:

• Лазер и другие световые феномены;
• Радиочастотная направленная энергия;
• Слуховые биоэффекты.

Количество исследований в области электромагнитных полей и их влияния на биологические системы стремительно растёт. Большая часть этих работ появилась в связи с тревогой о здоровье. Например, особое беспокойство вызвали эффекты облучения оператора электромагнитными полями, генерируемыми устройствами коротковолновой диатермии, мощными микроволновыми печами, радарными системами, магнитно-резонансными томографами, и т. д. Кроме того, большое беспокойство вызвали крайне низкочастотные (частота сети 60 Гц) электрические и магнитные поля, порождаемые линиями передачи высокого напряжения, промышленного оборудования и бытовых приборов. В центре эпидемиологических исследований было длительное облучение, как производственное, так и бытовое. Исследования навели на мысли о возможности неблагоприятного воздействия на здоровье человека (например, рак, репродукция, и т. д.). Продолжаются лабораторные изыскания, преследующие цель установления возможных механизмов взаимодействия. Однако, кроме теплового нагрева на микроволновых частотах, есть и всё ещё не установленный механизм действия. Как следствие, наша научная база развивается полностью на основе феноменологических наблюдений. Из-за этого невозможно предсказать, как нетепловые биологические эффекты могут отличаться при разных методах воздействия (exposure modality). Особенно трудно предсказать биологическое воздействие мощных импульсов чрезвычайно короткой длительности из-за недостаточной базы данных для быстрых импульсов.

Однако растет понимание того, что облучение микроволнами и воздействие низкочастотными полями могут быть вовлечены в широкий диапазон биологических взаимодействий. Некоторые исследователи даже начинают описывать общие черты влияния микроволнового излучения и медикаментов на биологические системы. Например, некоторые утверждают, что плотность мощности и удельный коэффициент поглощения микроволнового облучения можно считать аналогом концентрации инъецируемого раствора и, соответственно, дозировки вводимого препарата. Очевидно, воздействие микроволн на химизм и функции мозговой ткани является сложным и избирательным. Наблюдения за весом тела и поведением показали, что крысы, подвергнутые воздействию микроволн определенного уровня, едят и пьют меньше, имеют меньший вес тела в результате неспецифического стресса, который формируется в центральной нервной системе, и пониженную двигательную активность. Было найдено, что экспозиция животных к одной модальности радиочастотной электромагнитной энергии значительно снижает агрессивность во время экспозиции. Однако для другой методики экспозиции были показаны и противоположные эффекты воздействия микроволн, выражающиеся в увеличении подвижности и агрессии животных. В недавно опубликованных данных микроволны описаны как фактор, имеющий отношение к дефициту функции пространственной памяти. Подобный тип эффекта наблюдался при экспозиции к «резонансно настроенному» крайне низкочастотному магнитному полю. Таким образом, база знаний насыщена феноменологическими наблюдениями за биологическими системами, «нарушенными» экспозицией к энергии электромагнитного поля. (Тот факт, что биологическая система реагирует на внешнее воздействие, не означает, что можно легко или автоматически сделать вывод о его неблагоприятном влиянии на здоровье). Цель настоящего исследования состояла в том, чтобы извлечь из этой развивающейся науки об электромагнитном воздействии на системы животных информацию, общую с биологической восприимчивостью людей. Ситуации, где две эти области пересекаются, дают возможность использовать подобную информацию в программах разработки нелетального оружия.

Эффект временного выведения из строя (инкапаситация): микроволновой нагрев

Сутью радиочастотной инкапаситации является нагрев тела, имитирующий лихорадку. Цель состоит в том, чтобы обеспечить нагрев высоко контролируемым способом с таким расчётом, чтобы тело получило почти однородный нагрев, но никакие органы не были повреждены. Для гомойотермного «ядра» (core) считаются пригодными температуры около 41o C. При такой температуре поведение человека претерпевает значительные изменения. Большинство людей в лихорадочном состоянии становятся намного менее агрессивными, некоторые могут стать более раздражительными. Субъективные ощущения, вызываемые подобным подъёмом температуры, намного неприятнее, чем сопутствующая лихорадка. При гипертермии все механизмы терморегуляции испытывают предельное напряжение, чего не наблюдается при лихорадке. Также вероятно, что микроволновая гипертермия (даже увеличение мозговой температуры всего на 1o C) может нарушать оперативную память, что приводит к дезориентировке.

Биологический объект/ Нормальное функционирование/ Болезненное состояние

Температура теплокровных (гомойотермных) животных, так же как и человека, остаётся практически постоянной, хотя окружающая температура может значительно изменяться. Нормальной температурой человеческого тела, измеренной во рту, обычно считается 37o C, ректальная температура на один градус выше. Оральная температура людей варьирует, как правило, от 35.8o C до 37.8o C. У каждого человека также происходят изменения с течение дня — разница между максимумом, поздно днем или рано вечером, и минимумом, между 3 и 5 часами утра, достигает 1.0o C или даже 2.0o C. Усиленная мышечная нагрузка вызывает временное повышение температуры тела, пропорциональное интенсивности нагрузки; уровень может достигать 40.0o C.

Экстремальный тепловой стресс, при котором превышена способность тела к теплоотдаче, вызывает патологическое повышение температуры тела. Субъективные ощущения, вызываемые этим нарастанием нагрева, намного более неприятны, чем сопутствующая лихорадка. При гипертермии все эффекторные процессы предельно нагружены, тогда как при лихорадках этого нет. Однако предельная температура тела, при которой человек может выжить, в обоих случаях одинакова — около 42o C. В течение короткого времени люди выдерживали температуры до 43o C.

В условиях длительной гипертермии, при температурах от 40o C до 41o C, мозг получает тяжёлое повреждение, которое обычно приводит к смерти. Периоды гипертермии сопровождаются мозговым отеком, который повреждает нейроны, и у пострадавшего начинаются дезориентировка, бред и судороги. Об этом синдроме в зависимости от обстоятельств обычно говорят как о солнечном или тепловом ударе. При продолжительной гипертермии поражение головного мозга взаимодействует с центральными терморегуляторными механизмами. В частности, прекращается секреция пота, и состояние усугубляется.

Принцип достижения желательных результатов

Данная концепция основана на почти 40-летнем опыте работы с тепловыми эффектами микроволн. Были проведены многочисленные исследования на животных, с тем чтобы установить характеристики, существенные для понимания энергетического воздействия на животных. Из физических соображений самым важным является соотношение между размером животного и длиной волны радиочастотной энергии. Рекомендации по воздействию на человеческий организм радиочастотным излучением фактически построены на теории избирательного поглощения как функции размера тела и частоты. Сложной задачей является сокращение времени воздействия, с тем чтобы достичь эффекта, не нанося необратимых повреждений ни каким-либо органам, ни телу в целом, и оптимизировать работу аппаратуры. Важна также ориентация падающей энергии относительно ориентации животного.

Для исследования влияния РЧ излучения на температуру тела у обезьян резус была специально выбрана частота 225 МГц, как депонирующая энергию в глубине тела животного. Мощность дозы облучения 10 Вт/кг вызывала повышение температуры тела до 42o C в короткий срок (10–15 минут). Чтобы избежать необратимых отрицательных эффектов, экспозиция была прекращена при достижении температуры 42o C. Более низкая мощность 5 Вт/кг вызывала подъём температуры до 41.5o C меньше, чем за 2 часа. Обратимый характер этой реакции был доказан быстрым понижением температуры тела, когда РЧ экспозицию завершили до достижения критической температуры 42o C. Было установлено, что поглощенная пороговая судорожная доза для крыс находится между 22 и 35 Дж/г при экспозиции продолжительностью от долей секунды до 15 минут. При 30-минутной экспозиции поглощенная пороговая доза снижения выносливости близка к 20 Дж/г, порог прекращения текущей деятельности равен приблизительно 9 Дж/г, а порог нарушения деятельности находится в диапазоне от 5 до 7 Дж/г. Все вышеупомянутые состояния, за исключением судорог, являются вариантами нелетальной инкапаситации.

Грубая оценка мощности, требуемой для нагрева по этой технологии человека, даёт порядка 10 Вт/кг при активации объекта от 15 до 30 минут. На практике уровни мощности зависят от климатических факторов, одежды и других факторов, влияющих на тепловые потери определённого человека. Метод выражения мощности дозы в терминах площади поверхности тела (ватт на квадратный метр), а не массы тела (ватт на килограмм), обеспечил бы более достоверный прогноз тепловых эффектов, несмотря на эти отличия. Однако экстраполирование терморегуляторных эффектов с лабораторных животных на человеческие существа связано с множеством погрешностей.

Эта технология — адаптация технологии, популярной уже много лет. Известно, что при помощи микроволн можно нагревать объекты. Кроме приготовления пищи, микроволновые устройства используются во многих индустриальных приложениях как направленный источник тепла. Несколько лет назад это было даже предметом проекта «Pound Proposal», идея которого состояла в подогреве не самих жилых помещений, а находящихся в них людей. Ввиду очевидно безопасного характера нагрева тела при помощи микроволновой техники проводятся исследования новых вариантов применения электромагнитной энергии для нужд человека. Несмертельное приложение должно заключать в себе чрезвычайно сложное микроволновое устройство, которое может использоваться для проецирования микроволн, чтобы обеспечить контролируемый нагрев людей. Этот регулируемый нагрев будет повышать внутреннюю температуру людей до заданного уровня, имитируя тяжёлую лихорадку, что позволит получить психологическое/физическое превосходство над противником без применения смертельной силы. Принцип нагрева прост; серьёзной задачей является определение и генерация соответствующей смеси частот и уровней мощности, необходимых для дистанционного нагрева, не вызывающего повреждений определенных органов у облучаемых лиц.

Привлекательности этой несмертельной технологии способствует множество факторов. Во-первых, в её основе лежит известный эффект — нагрев. Эффектам нагрева подвержен каждый человек, поэтому результат предсказуем с вероятностью 100 %. Время до начала реакции, вероятно, может быть выбрано между 15 и 30 минутами; однако расчёт времени требует дополнительного исследования, с тем чтобы добиться максимального повышения температуры при минимизации побочных эффектов локализованного нагрева. Начало может быть достаточно медленным и/или такой частоты, чтобы быть нераспознанным облучаемым человеком (людьми). Безопасность мирных жителей может быть повышена за счёт применения и дополнительного усовершенствования передовых сенсорных технологий. Время инкапаситации можно продлить на практически любой желательный период, совместимый с безопасностью. (Соответствие значений температуры или других показателей жизненно важных функций выбранным в процессе научно-исследовательских работ можно контролировать дистанционно, и температура может поддерживаться на минимальной эффективной точке).

Время до начала реакции (Time to Onset)

Время до начала реакции — функция используемого уровня мощности. Тщательно контролируемый однородный нагрев может, вероятно, иметь место в интервале от 15 до 30 минут. Время до начала реакции можно было бы уменьшить, но с увеличенным риском неблагоприятных эффектов. Минимальное время зависит от уровня мощности оборудования и эффективности устройства наведения.

Продолжительность эффекта

В предположении, что нагрев произведён правильно, инверсия повышенной температуры тела начинается сразу же после устранения источника тепла.

Возможность настройки

В этой концепции возможна настройка нагрева на любой уровень, вплоть до максимальной мощности источника. Таким образом, она пригодна для работы с постепенным наращиванием воздействия, при т. н. «реостатном» подходе. Если позволяет ситуация, а источник имеет достаточную мощность, есть возможность использовать эту технологию и в смертельном режиме. Длительная температура тела выше 43 o C, практически несомненно, повлечёт необратимое повреждение мозга и смерть.

Распределение людей по чувствительности к требуемым эффектам

Нет оснований утверждать, что кто-либо может оказаться неуязвимым к этой технологии. Личности с аномальными терморегуляторными механизмами могут оказаться восприимчивыми к более низкой плотности падающей энергии. В их число входят люди с органическим повреждением гипоталамуса — части мозга, который интегрирует автономные механизмы, контролирующие тепловые потери; а также люди с аномальными соматическими особенностями тепловых потерь (например, дыхания, водного баланса, и т. д.)

Методики, необходимые для проекта термической технологии, относительно хорошо развиты благодаря известному биофизическому механизму — универсальной чувствительности людей к законам нагрева, и благодаря хорошо проработанной технологической базе для возбуждения радиочастотного излучения. Поскольку человеческое тело неоднородно, отдельные органы, из-за их размера и формы, больше подвержены воздействию радиочастоты с одной длиной волны, чем с другой. Поэтому во избежание необратимых повреждений у подозреваемого или невиновного свидетеля может понадобиться изменить частоту, чтобы не допустить локального нагрева, и вследствие этого — повреждения какого-либо органа. К тому же будет необходимо избегать условий, которые предположительно могут вызвать катаракту. Таким образом, в то время как технология микроволнового нагрева в общем созрела, адаптация несмертельных технологий потребует сложных биофизических расчётов для определения надлежащего режима микроволновых частот и интенсивностей. Также будет необходимо оптимизировать существующие аппаратные средства для соответствия биофизическим требованиям.

Возможное влияние на объект(ы)

Если метод работает, как предполагают, незаметно, то человек-мишень может быть ограничен в возможностях в течение 15–30 минут. Поскольку эта технология ориентирована на относительно медленное начало, она должна применяться только в ситуациях, где скорость не имеет значения. Крайне неприятное ощущение высокой температуры тела может пригодиться при ведении переговоров с террористами, и, возможно, для контроля толпы. Эта методика будет эффективна как против отдельных людей, так и больших скоплений. Наблюдаются также признаки расстройства оперативной памяти; таким образом, из-за неспособности систематизировать воспоминания о недавних (происшедших минуты назад) событиях возможна дезориентировка.

Технический уровень генераторов/устройств наведения

Оборудование, необходимое для лабораторных исследований метода, сегодня доступно. Модель и конструкция генератора РЧ/микроволн зависят от ограничений, устанавливаемых расчетами, возможными устройствами генерации и структурами, направляющими энергию. Для нужд обоих видов оборудования имеется множество вариантов. Чтобы получить исчерпывающую оценку огибающей частотно /мощностно /временных профилей РЧ нагрева, потребуются продвинутые схем РЧ генерации и усиления с перестройкой частоты и модуляции.

В продаже есть много оборудования, но могут понадобиться и специальные аппаратные средства и программное обеспечение, так как в доступных устройствах не предусмотрена настройка частоты/интенсивности, вероятно, необходимая для целей безопасности. Кроме того, при проектировании антенн и других направляющих энергию структур почти наверняка появятся уникальные конструкции. Поскольку эта технология основана на радиочастотной энергии, она может потерпеть неудачу при защите проводящими барьерами, такими как металл или металлизированный экран.

Эффект инкапаситации: слуховой эффект на СВЧ

Слуховой эффект — феномен, субъективно описываемый наблюдателями как ощущение звуков: гудения, тиканья, свиста или стука, источник которых находится в голове или непосредственно сзади неё. При этом отсутствует распространение звука сквозь воздух, как обычного звука. Эта технология в её черновом варианте пригодна для дезориентации людей; в усовершенствованном виде она позволила бы непосредственно общаться с заложниками или берущими заложников при помощи азбуки Морзе или других систем обмена сообщениями, возможно, даже речевой связи.

Биологический объект/ Нормальное функционирование/ Болезненное состояние

В этой технологии используется феномен, впервые описанный в литературе более 30 лет назад. В зависимости от конкретных характеристик импульса можно услышать различные виды звуков. Для исследования причин этого эффекта были проведены различные эксперименты на людях и лабораторных животных. В настоящее время практически все исследователи, изучающие данный феномен, признают, что механизмом акустического восприятия коротких импульсов РЧ энергии является термоупругое расширение мозга, волну давления которого воспринимает и обрабатывает кохлеарная микрофонная система. В исследовании, проведённом на людях-добровольцах в 1975 г., была найдена пороговая энергия микроволново-акустических реакций человека как функция ширины импульса для радиочастотной энергии 2450 МГц. Также было установлено, что требуется плотность падающей энергии приблизительно 40 Дж/см2 в импульсе.

Принцип достижения желательных результатов

После того, как феномен был обнаружен, слышимость импульсных РЧ полей предлагали объяснить несколькими механизмами. В первую очередь была изучена реакция на РЧ импульсы в виде термоупругого расширения внутри мозга, которую продемонстрировали на инертных материалах, и предложили в качестве принципа слышимости импульсных РЧ полей. Импульс РЧ энергии в большинстве твердых и жидких материалов возбуждает волну давления — волну давления, амплитуда которой на несколько порядков больше амплитуды волны, порождаемой радиационным давлением или от электрострикционными силами. Особенности индуцированного полем микрофонного эффекта улитки у морских свинок и кошек, соотношения длительности и порога импульса, физические измерения в воде и моделирующих ткань материалах, так же как и многочисленные теоретические расчеты, — всё указывает на то, что причиной слухового эффекта на СВЧ является термоупругое расширение.

Ученые определили пороговый уровень энергии для испытуемых людей, подвергнутых воздействию импульсных полей с частотой 2450 МГц (ширина импульса 0.5–32 мкс?). Они нашли, что у обычного человека, независимо от пиковой плотности мощности и ширины импульса, пороговое значение для отдельного импульса близко к 20 мДж/кг. Среднее повышение температуры мозга, соответствующее предельно различимому импульсу, оценивают в 5×10-6 С.

Время до начала реакции

В связи с физической природой этого термо-упругого расширения ощущение звуков возникает сразу же после поглощения отдельных импульсов. Таким образом, это практически мгновенный эффект (в пределах миллисекунд). Люди подвергались воздействию РЧ энергии, что приводило к возбуждению звуков.

Продолжительность эффекта 

Слуховой эффект на СВЧ имеет место только во время облучения. Никаких остаточных явлений после прекращения воздействия РЧ энергии нет.

Возможность настройки

Эффект обладает возможностью настройки, поскольку характерные звуки и интенсивность этих звуков зависят от особенностей поставляемой РЧ энергии. Поскольку частота слышимого звука зависит от параметров импульса РЧ энергии, представляется возможным довести эту технологию до уровня, позволяющего передавать слова так, чтобы они воспринимались как произносимые голосом, за исключением того, что их человек сможет их слышать только внутри головы. В одном эксперименте была успешно продемонстрирована передача от одного до десяти слов при помощи микроволновой энергии, «модулированной речью». Микрофоны, установленные рядом с человеком, слышащим голос, не восприняли звука. Дополнительные исследования могут открыть широкие перспективы.

Распределение людей по чувствительности к требуемым эффектам

Поскольку феномен непосредственно затрагивает кохлеарные процессы, то термоупругие волны давления возбуждают звуки переменной частоты. В результате ряда тестов выяснилось, что частоты этих звуков находятся в диапазоне 5 кГц и выше. Известно, что люди из-за повреждений улитки страдают разнообразными нарушениями слуха; поэтому вероятно, что некоторые из них могут слышать РЧ индуцированные звуки, а другие, глухие к высоким частотам, — нет. Таким образом, предположительно существует диапазон чувствительности, прежде всего зависящий от типа импульса и состояния улитки. Было показано, что при двустороннем разрушении улитки все РЧ индуцированные стимулы исчезают.

Возвращение к исходному состоянию/Безопасность

Люди были предметом данного исследования в течение многих лет. Энергетическое воздействие, необходимое для возникновения этого эффекта, настолько мало, что экспериментах по исследованию реакции на пороговых (just-perceptible) уровнях не считается опасным.

Возможное влияние на объект(ы)

Микроволновой эффект может упростить передачу конфиденциальных сообщений. Он способен дезорганизовать человека, не знающего об этом методе. Кроме того, что он мешает слуховому восприятию, внезапно зазвучавшие «голоса в голове» способны довести человека до психологического истощения (psychologically devastating).

Технический уровень генераторов/устройств наведения

Для оценки пригодности данного метода не нужно никаких экстраполяций. Микроволновая энергия может применяться дистанционно, а соответствующую технологию можно построить на основе существующих радарных систем. Устройства наведения также доступны, но в силу особых, крайней специфичных условий, может возникнуть потребность в дополнительных разработках. Для передачи сообщения исключительно заложнику, окруженному его похитителями, может потребоваться предельно острая направленность. При помощи современной техники можно передавать подобные сигналы на большие расстояния (сотни метров). В случае больших расстояний и более сложных видов сигнала потребуется более громоздкое оборудование, но представляется возможным передавать некоторые типы сигналов на меньшие расстояния при помощи переносного оборудования.

Радиус действия

Эффективный радиус действия достигает сотен метров.

Эффект инкапаситации: нарушение нервного контроля

Сущностью инкапаситации является синхронизация ритмической активности мозговых нейронов, которая нарушает нормальный корковый контроль кортикоспинальных и кортикобульбарных проводящих путей и таким образом препятствует нормальному функционированию спинальных мотонейронов, контролирующих сокращения мышц и движения тела. Люди, страдающие подобными расстройствами, теряют произвольный контроль над своим телом. Такая синхронизация может сопровождаться внезапной потерей сознания и интенсивными мышечными спазмами.

Биологический объект/ Нормальное функционирование/ Болезненное состояние

В норме мозгу подчиняются все формы поведения, произвольный контроль тела и гомеостатические параметры организма. В обычном состоянии все мозговые структуры, нейронные популяции, сети и отдельные клетки функционируют с определенной ритмической активностью, зависящей от входящей сенсорной информации, информации от мнемонических структур и сигналов от внутренних органов. Каждый отдельный нейрон обеспечивает определенную обработку принимаемой им входной информации и формирует импульс определенной структуры в качестве выходной информации. Синхронизация нейронной активности — это естественный механизм мозговой деятельности, в которой участвуют процессы управления, организующие поведение: мотивация, внимание и память (опыт). Например, мотивационные процессы рассматривают как сигналы нарастания активации, которые синхронизируют нейронную активность определенных мозговых структур и нейронных сетей; эта активация/синхронизация в свою очередь активирует определенные формы поведения, такие как сексуальное, агрессивное, пищевое.
При нормальном функционировании степень синхронизации нейронов строго контролируется. Из экспериментов, в ходе которых проводилась запись нейронной активности у животных одновременно в различных областях мозга, известно, что корреляция спайковой активности нейронов (измеряемая коэффициентами корреляции синхронизации) изменяется в зависимости от фазы поведения, мотивации, внимания или активации процессов памяти. Однако при некоторых условиях, таких как физический стресс, тепловой удар или сильный эмоциональный стресс, синхронизация может нарастать, хаотически вовлекая большие популяции мозговых нейронов, и выйти из-под контроля.

В зависимости от частоты, на которой возникает ритм синхронизации, и количества нейронов синхронизация может оказать различной физическое воздействие; вызвать мышечную слабость, непроизвольные сокращения мышц, потерю сознания или интенсивные (тонические) спазмы мышцы. У людей, страдающих эпилепсией, во время периодических приступов имеет место более высокий уровень синхронизации, так как у них есть патологический источник синхронизации ритма (например, мозговая травма). Поскольку нейрофизиологические механизмы эпилептиформной синхронизации изучены лучше, данный метод инкапаситации будет описан в терминах эпилептогенеза.

К нейрофизиологическим механизмам эпилептогенеза относят изменения мембранных проводимостей и расстройства метаболизма нейромедиаторов (neuotransmitter alterations), влияющие на взаимодействие нейронов. В процессе эпилептогенеза либо некоторые нейроны слишком легко разряжаются из-за изменений мембранных проводимостей, либо нарушается тормозной контроль импульсной активности нейронов (ингибиторная нейротрансмиссия). Считается, что эпилептические разряды возникают из-за деполяризационного сдвига мембранного потенциала нейронов с электрической синхронизацией клеточных популяций, связанной, в частности, с изменениями мембранных проводимостей. Ионная база и биохимический субстрат такой активации были предметом серьёзного исследования, но всё же много вопросов осталось без ответа. Каковы главные свойства клеток, присущие нормальным клеткам и тканям, которые могут стимулировать возбуждение аномальной активности? Какие компоненты системы являются низкопороговыми и работают как триггеры?

Одна из рабочих гипотез связана с микросхемотехникой применительно к локальным синаптическим взаимодействиями в структурах неокортекса и лимбической системы. Роль триггерного элемента в гиппокампе долго приписывалась пирамидальным клеткам CA3 — гипотеза, основанная на том, что нейроны CA3 способны к возбуждению самопроизвольного синхронного взрывного нейронального разряда. В некоторых исследованиях описана разновидность взрывных клеток неокортекса, которые играют роль, подобную роли клеток CA3 гиппокампа или глубоких клеток пириформной коры. Есть впечатление, что собственные характеристики этих клеток вносят значительный вклад в возникновение синхронного разряда в этих зонах. Другое очевидное требование, предъявляемое к такой популяции, —определенный уровень синаптического взаимодействия нейронов, такой, чтобы разряд даже одной клетки активизировал её соседей. Присутствие этих взрывных клеток и распространённость возбуждающих взаимодействий между ними в нормальной ткани могут фактически быть морфологическим субстратом эпилептиформных разрядов.

Другая гипотеза подробно рассматривает роль рецепторов N-метил-D-аспартата (НМДА-рецепторов). Эффективность рецепторов НМДА зависит от различных факторов: это управляемая напряжением магниевая блокада и модуляция глицином и полиаминами. Например, по крайней мере в магниевой модели, спонтанный синхронный залповый разряд в популяциях пирамидальных клеток гиппокампа чувствителен к антагонистам НМДА. Это наблюдение заставляет предположить, что при снятии магниевой блокады происходит открытие каналов НМДА, которое содействует эпилептиформной активности.
Значительное внимание в литературе также уделяют рецепторам гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) в связи с их потенциальной ролью в контроле возбудимости. Изменения в ингибиторной эффективности ГАМК могут существенно повлиять на возбудимость системы. ГАМК-эргические ингибиторные постсинаптические потенциалы (ИПСП), как показано, демонстрируют крайнюю неустойчивость в ответ на периодическую активацию популяций кортикальных клеток, что может произойти во время эпилептиформного разряда. Ученые установили, что даже небольшое в процентном отношении изменение в ГАМК-эргическом торможении может оказать сильное воздействие на неокортикальный эпилептогенез. Эти изменения ГАМК-эргического торможения могут быть ключом к объяснению того, как ритмически повторяющиеся разряды (repetitive discharge patterns) дают начало иктальному (эпилептическому) разряду. Далее, вероятно, до появления очевидных признаков приступа происходит значительный подъём частоты возбуждающего постсинаптического потенциала (ВПСП), что согласуется с потерей эффективности ИПСП перед началом приступа.

Вышеупомянутые гипотезы описывают различные механизмы эпилептогенеза, но вполне вероятно, что все они присутствуют и отражают большое разнообразие типов эпилептических припадков. Общий принцип предложенных механизмов заключается в изменении свойств мембран (то есть проводимости, проницаемости и т. д.) некоторых нейронов, которое приводит к деполяризации и залповому разряду. Некоторые факторы (например, травма) могут затронуть определенные нейроны и инициировать синхронизацию нейронов, контролирующих внутреннюю коммуникацию и коммуникацию с различными мышечными системами и не связанных с жизненными функциями (то есть, биением сердца, дыханием). Импульсные электрические поля высокой мощности также могут быть таким фактором.

Принцип достижения желательных результатов

Применение электромагнитных импульсов также является концептуально несмертельной технологией, использующей энергию электромагнитного поля для того, чтобы вызвать синхронизацию нейронов и нарушение произвольного мышечного контроля. Эффективность этого принципа не была продемонстрирована. Однако из прошлой работы, посвящённой оценке потенциала генераторов электромагнитных импульсов для поражения людей, следует, что внутри мозга могут быть созданы достаточно сильные внутренние поля, инициирующие нейроны. В соответствии с оценками для возбуждения мембранного потенциала клетки приблизительно в 2 В требуется свободное поле 50–100 кВ/м очень крутых импульсов (~ 1 нс); этого, вероятно, было бы достаточно, чтобы инициировать нейроны или сделать их более склонными к импульсации.

Идея электромагнитного импульса состоит в том, что очень короткий (с периодом наносекунды) высоковольтный (около 100 кВ/м или больше) электромагнитный импульс повторяется с альфа-частотой мозга (приблизительно 15 Гц). Известно, что подобная частота пульсирования света может вызвать у чувствительных лиц (в некоторой степени подверженных фотозависимой рефлекторной эпилепсии) приступ, и считается, что при использовании метода, позволяющего активизировать нервные синапсы непосредственно электрическим полем, практически 100 % людей будут восприимчивы к индукции приступа. Феномен фотоиндукции приступа наглядно подтвердило 16 декабря 1997 г. японское телевидение, когда сотни зрителей популярного мультфильма были непреднамеренно доведены до фотоиндуцированного приступа (рисунок 31). Фотоиндуцированный приступ является непрямым, поскольку глаз должен принять и передать импульсы, которые первоначально активизируют часть мозга, связанную со зрительным нервом. Из этой точки возбудимость распространяется на другие части мозга. При электромагнитном подходе источник возбуждения возникает непосредственно в мозге, все зоны которого возбуждаются одновременно. Установление синхронизма и нарушение мышечного контроля, как ожидают, будут почти мгновенными. Время восстановления функции, вероятно, будет тем же или меньшим характерного для приступов эпилепсии.

Время до начала реакции

Для этой методики экспериментальные данные отсутствуют. Однако скрытый период фотоиндуцированных приступов у фоточувствительных эпилептиков варьирует приблизительно от 0.1 до 10 секунд. Из-за того, что электрические импульсы, инициированные светом, должны распространиться на другие части мозга, у фотоиндуцированных приступов ожидается вообще более медленное начало, чем у синхронизации нейронов, вызванной мощными импульсными электрическими полями.

Продолжительность эффекта

У эпилептиков типичная продолжительность малого или психомоторного припадка составляет 1–2 минуты, возможно дольше, в то время как продолжительность большого эпилептического припадка — 1–5 минут. У неэпилептика, стимулированного электромагнитными средствами, длительности различных эпизодов после устранения внешнего возбуждения ожидаются примерно такими же, как у эпилептика.

Возможность настройки

У больных людей встречается множество степеней эпилептических припадков, и есть основания утверждать, что электромагнитное инициирование синхронизации можно регулировать относительно типа и уровня влияния на тело через параметры, связанные с выбранным стимулом. Поскольку нет фактических данных, чтобы обосновать эти утверждения, их нужно считать предварительными. Известно, что при экспериментальном исследовании фотоиндуцированных приступов параметры можно выбрать так, чтобы на практике у подопытного человека не возникло большого эпилептического припадка. Это позволяет предположить, что описанная технология поддаётся регулировке.

Распределение людей по чувствительности к требуемым эффектам

Ожидается, что к данному эффекту восприимчивы 100% популяции. Механизм таков, что может действовать на множество отдельных нервных клеток одновременно, и, следовательно, не зависит от распространения областей электрической активности, как в состоянии болезни.

Возможное влияние на объект(ы) 

Если метод работает примерно так, как предпола-гается, то человек-мишень может быть ограничен в возможностях очень быстро. Поскольку сообщений об исследованиях в определённых режимах не было, необходима экспериментальная работа, чтобы охарактеризовать время до начала реакции. Чтобы влиять на крупные области или отдельных людей, могут применяться различные методики. Поскольку эта технология считается перестраиваемой, то воздействие на субъекты может изменяться от умеренного расстройства внимания до мышечных спазмов и потери сознания. В зависимости от выбранной степени инкапаситации у субъекта(ов) сохраняются различные уровни произвольного контроля.

Технический уровень генераторов/устройств наведения

Электрическое поле напряженностью около 100 кВ/М, с длительностью цикла сигнала 1 наносекунда при частоте повторения 15 Гц — приблизительно такие условия считают необходимыми для достижения требуемых эффектов. Такое поле могут излучать импульсные источники с высокой пиковой мощностью, устройства типа радара, или генератор электромагнитных импульсов, работающий на частоте 15 Гц. Этих технологий, существующих сегодня, достаточно, чтобы оценить поражающее действие в принципе. К мощности не предъявляется строгих требований, так как коэффициент заполнения очень низок. Устройства наведения в настоящее время доступны, но нуждаются в усовершенствовании для достижения высокой направленности на больших расстояниях. Это необходимо для того, чтобы сформировать пакеты наносекундных импульсов, нужных для получения желательного эффекта. Если увеличивается рабочий цикл, соответственно повышаются требования к источнику энергии относительно средней мощности. Поскольку в открытой литературе не было никаких отчётов, позволяющих вынести заключение относительно требуемых уровней мощности, в этой области остаётся некоторая неопределённость.

Радиус действия

Эффективный радиус действия достигает сотен метров. Поражающее действие/Ограничения

Защитой могут служить проводящие барьеры, такие как металл или металлизированный экран. Есть много препаратов, которые можно применить для купирования индуцированных судорожных припадков и других, таких как фенобарбитал, дифенилгидантоин, триметадион, 2,4 динитрофенол, ацетазоламид, которые являются антиконвульсантами.

Противосудорожные препараты, как известно, эффективны против припадков у людей, страдающих эпилепсией, но их способность снизить воздействие описанной технологии не изучена (возможно отсутствие эффекта), и ожидается меньшей, чем для фотоиндуцированных припадков.

Эффект инкапаситации: акустическая энергия 

Суть инкапаситации заключается в тягостных ощущениях давления, нистагме (скачкообразном, непроизвольном движении глаз), и тошноте, вызываемой звуком высокой интенсивности (140–155 дБ). Причиной нистагма являются конвекционные токи эндолимфы (перемещение купола) в боковом ушном канале. Это движение купола вызывает непроизвольное движение глаз; следовательно, человеку кажется, что внешний мир перемещается. Субъект «видит», что окружающая остановка вращается вокруг него, и в то же самое время сам испытывает ощущение вращения. Люди, подвергнутые воздействию этих уровней звука, испытывают тошноту.

Принцип достижения желательных результатов

Так как акустические и вестибулярные рецепторы тесно связаны, интенсивная акустическая стимуляция может привести к вестибулярным эффектам. Гипотеза состоит в том, что звук нормальной интенсивности возбуждает колебания эндолимфы и перилимфы, компенсируемые колебаниями круглого окна. Звук высокой интенсивности возбуждает вихревые потоки, которые представляют собой локальные вращательные смещения жидкости. Высоинтенсивный звук может также возбудить нелинейное смещение стремени, вызывающее объемное смещение жидкости, что может привести к опорожнению лабиринта. Чтобы заполнить пустоты, жидкость может переместиться по эндолимфатическому протоку и/или капиллярным путям органа, и, в свою очередь, стимулировать вестибулярные рецепторы. Возбуждение вестибулярных рецепторов способно вызвать тошноту и рвоту, если уровень звукового давления достаточно высок. Следовательно, и вихревые потоки, и объемное смещение служат для стимуляции вестибулярных рецепторов у людей, подвергающихся действию высоких уровней шума.

В одном исследовании был обнаружен нистагм, вызываемый стимуляцией вестибулярных рецепторов, у морских свинок, экспонированных к высоким уровням инфразвука. Однако та же самая лаборатория не смола возбудить нистагма у человеческих субъектов при 5- и 10-секундных экспозициях к чистому тону мощностью 135 дБ, широкополосному шуму двигателя, или тону с частотой 100 Гц и мощностью 120 дБ, пульсирующему три раза в секунду в течение 2-х минут. В том же самом исследовании не удалось выявить нистагма на уровнях вплоть до 155 дБ, так же как и вызвать его при уровнях инфразвука 112–150 дБ у морских свинок, обезьян и людей. Однако в опытах, проводимых над морскими свинками и обезьянами со звуковыми составляющими в диапазоне звуковых частот, нистагм был получен. Другие исследователи сообщают о других вестибулярных эффектах, помимо нистагма, при следующих пороговых значениях:125 дБ для 200–500Hz, 140 дБ для 1000 Гц, и 155 дБ для 200 Гц. В случае широкополосного шума с уровнем 140 дБ (при защите органов слуха) происходит соответствующее ухудшение вестибулярной функции.

Испытуемые прослушивали сверхвысокие уровни низкочастотного шума и инфразвука в защищенном или незащищенном режимах. Двухминутная продолжительность звука такой мощности, как 140–155 дБ, вызывала диапазон эффектов от умеренного дискомфорта до тяжелых ощущений давления, тошноты, рвотных движений и головокружения. К тому же при определённых условиях экспозиции возникали нечёткость зрения и искажения зрительного поля. Особенности и выраженность всех эффектов зависели как от уровня звука, так и от частоты, причём самые тягостные эффекты возникали в звуковом частотном диапазоне (в отличие от инфразвука), на уровнях выше приблизительно 145 дБ. Экспериментаторы не установили у своих подопытных временного сдвига порога (TTS, временного понижения слуха), но неблагоприятные эффекты значительно облегчало использование средств защиты слуха.

С первых дней испытаний и обслуживания реактивного двигателя было получено анекдотическое доказательство связи экспозиции к интенсивному шуму с такими жалобами, как головокружение, потеря равновесия, тошнота и рвота. В результате шума сирены в 140 дБ субъекты дружно сообщили об ощущении давления сбоку, обычно вне экспонируемого уха, а один человек сказал, что ему трудно стоять на одной ноге.

Это воздействие было не таким мощным, как у реактивного двигателя (140 дБ широкополосного шума). Из этих опытов следует, что порог дисфункции лабиринта находится около135–140 дБ, и что описанные явления происходят во время, но не после экспозиции.

Время до начала реакции

В литературе нет сведений о времени до начала реакции, тошноты или нистагма, но, как предполагают, она будет практически немедленной, так как воздействие на систему лабиринта идёт во время, но не после экспозиции, при уровнях звукового давления 135–140 дБ.

Продолжительность эффекта
 
Инкапаситация продолжается только во время действия поражающего фактора.

Возможность настройки

Из представленных выше результатов неясно, можно ли регулировать степень тошноты или нистагма, но подобные симптомы, вызванными другими стимулами, имеют разную выраженность.

Распределение людей по чувствительности к требуемым эффектам

Вероятным всего, к этому стимулу будут восприимчивы все люди, за исключением больных (глухонемых) или имеющих дефект некоторой части или частей вестибулярной системы. Данные свидетельствуют о том, что, что ослабления вестибуло-окулярных рефлексов с возрастом не происходит.

Возвращение к исходному состоянию/ Безопасность

У нормальных субъектов, скорее всего, функции восстановятся незамедлительно, и, если не будут превышены известные факторы «частота-время-интенсивность», то изменений слуха не произойдёт, по крайней мере диагностируемых,. Это обосновано экспериментами, в ходе которых не был найден временный сдвиг порога слуха у субъектов, тестируемых на низкой частоте. Специалисты по технике безопасности вообще признают, что 115 дБ (A) следует избегать, а безопасной считать мощность 70 дБ (A). Вероятно, шумовая энергия с преобладающими частотами выше 500 Гц обладает большим разрушительным для слуха потенциалом, чем шумовая энергия на более низких частотах. В правила техники безопасности относительно шума указано, что человек может быть подвергнут воздействию непрерывного шума в течение 8 часов при мощности 90 дБ (A) или 15 минут при 115 дБ (A).

Возможное влияние на объект(ы)

Индуцированные нистагм и тошнота у разных людей будут отличаться. Эффектов инкапаситации может оказаться достаточно, чтобы получить наступательное преимущество; ощущения недомогания может сделать субъект восприимчивым к убеждению. При существующем уровне технологии направления звука было бы трудно использовать такую методику против отдельных лиц. Она будет более эффективной против группы людей.

Технический уровень генераторов/устройств наведения

Технология средств генерации звука хорошо развита, но они не очень мобильны. Устройства наведения разработаны плохо.

Радиус действия

При нормальных условиях уровень звукового давления уменьшается на 6 дБ (A), когда расстояние от источника увеличивается вдвое. Например, если мощность звука равна 100 дБ (A) на расстоянии 100 футов, то на расстоянии 200 футов она составит 94 дБ (A). На очень высоких уровнях звука при определенных условиях могут возникнуть нелинейные эффекты распространения, и значительно возрасти точность по дальности.

Поражающее действие/Ограничения

Существенно уменьшить отрицательные эффекты слышимого звука может использование средств защиты слуха. Звук высокой частоты легче блокировать, чем низкочастотный, что связано с длиной волны.

Биологическое воздействие лазера

Есть три основных механизма повреждения, связанные с экспозицией к лазерному излучению: химический, тепловой, и механический, или акусто-механический.

Химические изменения в облученной ткани, вызываемые лазером, называются фотохимическим повреждением. Существует риск фотохимического повреждения сетчатки лазерным излучением голубой части электромагнитного спектра волн (.380–.550 микрон), постепенно убывающий с увеличением длины волны. При облучении светом с длиной волны больше .550–.650 микрон фотохимические эффекты не наблюдаются, потому что кинетическая энергия, связанная с этими фотонами, недостаточна, чтобы инициировать фотохимическую реакцию.
Вторым основным механизмом лазерно-индуцированных повреждений является термический эффект. Объём причиняемых повреждений зависит от длины волны и энергии падающей радиации, продолжительности экспозиции, свойств экспонируемой ткани и её характеристик поглощения. Вообще, этот механизм преобладает в видимой и ближней инфракрасной (.760–1.4 микрон) частях электромагнитного спектра; он характерен почти для всех непрерывных режимов и импульсного от 0.1 миллисекунды до 1–5 секунд.

Третий механизм повреждения, связанный с экспозицией к лазерному излучению, — это механический или акусто-механический эффект. Лучистая энергия поглощается тканью и в результате стремительного теплового расширения, следующего за коротким (от 1 наносекунды до 0.1 миллисекунды) импульсом лазерного излучения, возникает волна давления, которая может закончиться рваной (explosive) раной ткани.Вообще, все три механизма работают у облучаемого животного одновременно. В настоящее время термические эффекты преобладают у лазеров непрерывного действия (CW), а механические — у лазеров импульсного действия. При высокой постоянной мощности следует также учитывать нелинейные эффекты, такие как многофотонное поглощение и воздействие электромагнитного поля.

Кожа и глаза — это органы, самые восприимчивые к внешнему лазерному излучению. Степень повреждений зависит от свойств объекта, плотности энергии, направляемой на объект, частоты и мощности лазера, затухания луча в атмосфере, использования объектом фильтрующей или усиливающей оптики, и т. д.

Основное воздействие на кожу — это термическое повреждение (ожоги). Их степень изменяется от лёгкой эритемы (покраснения) до тяжелых поражений: волдырей или обугливания, в зависимости от таких факторов, как общее количество депонированной энергии, пигментации кожи, и способности ткани к рассеиванию тепла.

Глаз особенно восприимчив к интенсивному импульсу лазерного излучения из-за своей уникальной чувствительности к свету. Фокусирующий эффект подобен эффекту увеличительной линзы, собирающей энергию в небольшое пятно. Так как роговица и хрусталик глаза увеличивают интенсивность света, падающего на сетчатку, сетчатка чрезвычайно чувствительна к видимому и ближнему инфракрасному свету, и повреждение сетчатки может привести к временной или постоянной потере остроты зрения. Лазерные травмы глаз варьируют в зависимости от падающей мощности, размера пятна, ширины луча, временного режима (непрерывный или импульсный), и частоты повторения импульсов. Сообщают о таких эффектах, как поражения роговицы, ожоги, катаракты, и повреждения сетчатки.

Некоторые мощные лазеры способны вызывать эффекты, поражающие живую силу, путём депонирования тепловой энергии. Эти лазеры должны работать на длине волны, которая легко поглощается кожей или роговицей. К ним относятся дальняя и средняя ИК области (10–12 микрон и 3–5 микрон), а также ультрафиолетовая область (< 0.4 микрон). Так как длины волн ультрафиолета вообще практически не распространяются в атмосфере, главную опасность представляют длины волн от 3 до 12 микрон. Для поверхностного ожога кожи на небольших расстояниях требуются довольно умеренные значения мощности лазера дальнего ИК диапазона, и работы по созданию реостатически смертельного лазерного оружия продолжаются.

В принципе в несмертельном лазерном оружии, вызывающем ослепление, используются коллимированные лучи с очень низкой расходимостью, и энергия, содержащаяся в луче, на больших расстояниях убывает относительно медленно. Системы формирования изображения, такие, как глаза и системы технического зрения EO, обладают фокусирующей оптикой, которая собирает падающую плоскую волну света в фокусе, расположенном в плоскости сенсора. Это обеспечивает высокое усиление в оптическом диапазоне (для глаза более 100000), что делает соответствующий чувствительный элемент уязвимым для относительно низких плотностей лазерной энергии.

Лазер оказывает на глаза три вида воздействия:

•Ослепление прямым или отражённым ослепляющим светом.
• Временное ослепление или потеря адаптации к темноте.
• Стойкое или длительное ослепление.

Серьезность лазерных повреждений глаз зависит от падающей мощности, размера пятна, ширины луча, диаметра зрачка (освещённости окружающего пространства), временного режима (непрерывный или импульсный), частоты повторения импульсов (PRF) лазера. В ряду описанных эффектов — ожоги роговицы, катаракты (постоянное помутнение хрусталика), а также ожоги и разрывы сетчатки. Низкоэнергетическое лазерное оружие способно нанести такие повреждения.
Экспозиция к относительно низкой энергии лазера может вызвать временные изменения остроты зрения, не причиняя непоправимого вреда. Экспозиция к излучению лазера может оказать воздействие, называемое слепящим светом или бликом, которое напоминает временное ослепление при взгляде на фары встречного автомобиля. Визуальные эффекты имеют место, пока и поскольку в поле зрения (FOV) присутствует свет. В несколько больших дозах то же самое лазерное излучение может насыщать или ослеплять фоторецепторные клетки, вследствие чего возникают послеобразы, которые по прошествии некоторого времени после экспозиции постепенно исчезают. Вуалирующую вспышку или послеобразы может вызвать только видимое излучение; ближнее ИК- излучение не оказывает такого воздействия даже в том случае, если лучистая энергия достигает фоточувствительных клеток. Ослепление вспышкой или бликом, не причиняя неустранимых повреждений, может вызвать дискомфорт и временные нарушения зрительной функции. Некоторые исследования показали, что ослепление вспышкой или бликом может серьёзно помешать выполнению задачи полета, особенно работе, требующей максимальной остроты зрения, такой как пилотирование самолета или прицеливание.

Ослепление представляет собой стойкую или длительную потерю остроты зрения. Продолжительность эффекта — от нескольких часов, и в итоге в поле зрения может появиться темное пятно (скотома). Влияние скотомы на остроту зрения зависит от размера и положения дефекта. Зрение человека серьёзно страдает, если лазер повреждает отвечающую за центральное зрение область сетчатки, так называемую ямку (fovea). Нефовеальные лазерные травмы могут протекать менее тяжёло или даже пройти незамеченными, так как влияют только на периферическое зрение. Сетчатка получает самые серьезные ранения, когда падающий свет настолько интенсивен, что в сетчатке возникает разрыв, сопровождающийся кровоизлиянием или в субретинальное пространство, или, в самых тяжелых случаях, в стекловидное тело глаза. Менее тяжелые экспозиции ведут к поражениям сетчатки.

Примечание:

1-(рассекречено) Это приложение полностью засекречено для служебного пользования (FOR OFFICIAL USE ONLY ).

Последняя дата информации: 17 февраля 1998 г.

Получено из разнообразных источников
Рассекретить: Источник с пометкой «OADR»
Дата создания источника: 17 февраля 1998 г.

Оригинал документа в pdf-формате:
http://psiterror.ru/p/content/images/file/277_usarmyrptonmicrowavefx.zip

Нелетальное оружие: от электрошоков к ружьям направленной энергии и болевым лучам